Способ сейсмического зондирования земной коры и верхов мантии Советский патент 1993 года по МПК G01V1/00 

Изобретение относится к области сейсмологии, в частности, к способу разведки месторождений нефти и газа.

Целью предложенного способа является снижение затрат на поисковые работы и повышение достоверности разведки районов, перспективных на нефть и газ.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе сейсмического зондирования земной коры и верхов мантии, заключающемся в регистрации сейсмических волн от взрывов или землетрясений на расстояниях 500-1000 км от источника и обработке полученных данных, регистрируют колебания в частотном диапазоне 0,5-2 Гц, осуществляют частотную фильтрацию вертикальной компоненты сейсмических сигналов с центральной частотой 1 Гц и шириной фильтра (1/2-2/3) октавы на уровне 0,7 от максимума, измеряют огибающие записей.

оценивают среднюю добротность земной коры Qs по затуханию амплитуд в группе Lg, представляющей совокупность запредельно отраженных от границ коры поперечных волн, исходя из соотношения

Al 77Vxp()

х Д/ct, (1)

где t - время от начала излучения, Т - период колебаний, Д - эпицентральное расстояние, С - средняя скорость поперечных волн в коре, регистрируют соотношение уровней волн Рг, Sn (соответственно продольных и поперечных волн, распространяющихся на таких расстояниях в верхах мантии, а также коры (хвостовой части сейсмограммы), и по полученным данным судят о наличии круп00СА)

ON Ю

w

СА)

них месторождений нефти и газа в исследуемом районе, которым соответствует диапазон Qs 80-100, а также различия уровней максимальных амплитуд в волнах Pn, Sn и коде, не превышающие 0,4 ед.лог.

Суть способа заключается в следующем. Как известно, районы нефтегазовых месторождений характеризуются большой мощностью осадочных отложений (иногда относительно древних - палеозойских и даже докембрийских), а также повышенным тепловым потоком из мантии, свидетельст- вуюа|ем об относительном разогреве самых верхних мантийных слоев. Это должно приводить к повышенному поглощению поперечных волн, распространяющихся в земной коре и верхах мантии. Вместе с тем при очень большом тепловом потоке из мантии, соответствующем, например, близким окрестностям океанических рифтов, породы в верхней части земной коры разогреваются аномально сильно, что должно приводить к разрушению залежей углеводородов. Естественно, что в таких районах наблюдается особенно сильное поглощение поперечных волн. В связи с этим должен существовать некоторый оптимальный диапазон поглощения коротколериодных S-волн в земной коре и верхах мантии, который соответствует наличию месторождений нефти и газа в рассматриваемых районах.

Необходимость регистрации в полосе частот 0,5-2 Гц связана с тем, что на таких частотах наиболее интенсивна группа , по которой оценивается среднее поглощение в земной коре.

Узкополосная частотная фильтрация сигналов осуществляется с целью исключения эффектов, связанных с различиями в спектрах излучения разных источников и возможностью изменения природы волн, формирующих тот или иной участок записей. В сочетании с использованием динамических характеристик очень устойчивых волновых групп - Lg и коды это позволяет существенно повысить точность оценок поглощения и, в конечном счете, достоверность выделения районов, перспективных на нефть и газ. Узкая полоса частот в районе 1 Гц обеспечивает, как правило, наибольшее соотношение сигнал.-помеха, что даёт возможность использовать менее мощные источники сейсмических волн. Вертикальная компонента выбрана для определенности, поскольку для нее, в отличие от горизонтальных компонент, форма огибающих гораздо меньше зависит от азимута на эпицентр.

Существенно, что в качестве источника колебаний здесь могут быть использованы

промышленные и прочие взрывы, а также землетрясения. Предлагаемый способ особенно эффективен при исследовании малоизученных и труднодоступных территорий (в первую очередь шельфа северных морей).

Практическая реализация предлагаемого способа сейсмического зондирования проведена на основании детального анали0

за экспериментальных данных, полученных

в Комплексной сейсмологической экспедиции Института физики Земли РАН. Исследования показали, что в тех районах Евразии, где отсутствуют крупные месторождения

5 нефти и газа, короткопериодные сейсмические волновые поля можно разделить на 2 типа. К первому типу относятся такие, для которых на расстояниях от 500 до 1000 км доминирует мощная группа Lg, резко выде0 ляющаяся на фоне волн Sn и коды. На огибающих записях наблюдается участок резкого спадания амплитуд после достижения максимума в группе Lg, после которого наклон резко уменьшается. Этот участок со5 ответствует группе запредельно отраженных от границ коры поперечных волн, затухание которых описывается формулой (1). Такой тип волновых полей наблюдается, например, в районах Балтийского щита, Москов0 ской и Балтийской синеклиз, Крыма и Украинского щита, Урала и Северного Казахстана, Байкальского рифта и Алданского щита, Станового хребта и Буреинского массива, Алтая и Саян. Чукотки и т.д. Средние

5 величины Qs для этих районов, по нашим данным, варьируются от 110 до 240, что свидетельствует о сравнительно слабом поглощении поперечных волн в земной коре и верхах мантии.

0к второму типу волновых полей относятся такие, для которых уже на расстояниях 400 км волны Lg полностью отсутствуют на записях, а при .км уровни волн Sn и коды значительно ниже уровня волн Рп.

5 Такой тип волновых полей характерен, например, для районов Алеутской и Курило- Камчатской островных дуг, Турции, Транскавказского поперечного поднятия и близких окрестностей океанических риф0 тов. Во всех этих районах наблюдается высокий тепловой поток и достаточно сильное поглощение в земной коре и верхах мантии; величины Qs здесь, как правило, не превышают 60-70.

5Группа Sn и кода представляют соответственно совокупность однократных и кратных отраженных от слабых мантийных границ поперечных волн. В связи с этим на рассматриваемых расстояниях они несут информацию об интегральном поглощении

поперечных волн в самых верхних мантийных слоях и в том числе в аномальной мантии - относительно тонком слое астеносферы, характеризующемся повышенным разогревом и (или) высоким содержанием жидкой фазы, который очень часто расположен непосредственно под границей М.

Волновые поля в районах крупных нефтегазовых провинций существенно отличаются от описанных выше. Для них на расстояниях 500 км еще часто выделяется сравнительно интенсивная группа Lg, при этом величины Qs оказываются в диапазоне 80-100, При увеличении эпицентрального расстояния волны Lg достаточно быстро погружаются в воду, и при км они уже, как правило, не выделяются на записях. На таких расстояниях максимальные амплитуды в группах Pn, Sn и коде оказываются соизмеримыми (различаются не более чем в 2-2,5 раза). Такой тип волновых полей, по нашим данным, наблюдается в районах крупных нефтегазовых провинций Северной Евразии - Волго-Уральской, Западно- Сибирской и Туранской. Качественный анализ литературных данных показывает, что сходным типом волновых полей характеризуются также районы Месопотамского прогиба и Персидского залива, а также Северного моря с их огромными запасами уг- леводородного сырья.

Таким образом, районы крупных месторождений нефти и газа действительно характеризуются сравнительно узким диапазоном промежуточного поглощения поперечных волн в земной коре и верхах мантии;

Использование предлагаемого способа сейсмического зондирования обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:

1.Анализ параметров поля поглощения поперечных волн с частотой 1 Гц, наиболее чувствительных к присутствию жидкой фазы, а также к степени разогрева пород земной коры и верхней мантии, обеспечива- ет повышение достоверности выделения районов, перспективных на нефть и газ.

2.Установление для каждого направления одной станции вместо профиля стан

ций, наряду с возможностью иопольлования в качестве источников сейсмических волн промышленных и прочих нзрыпов. э также землетрясений позволяет существенно снизить затраты на поисковые работы.

3. Устойчивость параметров группы Lg и коды, связанная со статистическим характером их формирования, позволяет повысить точность оценок поглощения.

Формула изобретен и я Способ сейсмического зондирования земной коры и верхов мантии, включающий регистрацию сейсмометрами сейсмических волн от взрывов или землетрясений на расстояниях 500-1000 км от источника и обработку полученных данных, отличающий- с я тем, что. с целью снижения затрат на поисковые работы и повышения достоверности выделения районов, перспективных на нефть и газ, регистрируют колебания в частотном диапазоне 0,5-2,0 Гц, осуществляют частотную фильтрацию вертикальной компоненты сейсмических сигналов с центральной частотой 1 Гц и шириной 1/2-2/3 октавы на уровне 0,7, измеряют огибающие записей, оценивают среднюю добротность земной коры Qs по затуханию амплитуд в группе волн LQ, представляющих совокупность запредельно отраженных от границ коры поперечных волн, исходя из соотношения 1/ ж

exp(-Qir)

ALq

g(1-x2) Aх Д/ct.

где t - время от начала излучения; Т - пери- .од колебаний; А- эпицентральное расстояние, С - средняя скорость поперечных волн в коре, регистрируют соотношение уровней волн Рп и Sn, представляющих соответственно продольные и поперечные волны, распространяющиеся в верхах мантии, а также коды, и по полученным данным судят о наличии крупных месторождений нефти и газа в исследуемом районе, которым соответствует диапазон Qs 80-100, a также различия уровней максимальных амплитуд в волнах Pn. Sn и коде, не превышающие 0.4 лог.ед.

Использование: сейсмическое зондирование земной коры и верхов мантии для выделения районов, перспективных на нефть и газ. Сущность изобретения: проводят регистрацию низкочастотных сейсмических волн и определение среднего поглощения поперечных волн в земной коре и верхах мантии по характеристикам волн Sn, Lg и кодам. Районам крупных нефтегазовых провинций соответствуют сравнительно узкий диапазон поглощения короткопериодных поперечных волн. (/ С